奥氏体在冷却时的转变.
钢的冷却转变讲解
a）是一种最简单的IT图。它是P转变与B转变曲线重迭的图。 b）转变开始曲线与a)相同，但转变终了曲线向右侧凹陷，出
现两个鼻子。 c）转变开始曲线与转变终了曲线都出现了两个鼻子，但终了
线是两条C曲线。 d）是两线组独立的C曲线，分别是高温转变（A→P）和中温转
等温冷却
连续冷却
奥氏体不同的冷却方式示意图
温度/℃
临界温度
加热
保温
连续 冷却
②
冷却
①
等温 冷却
0
时间/min
同一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条 件，钢所表现出来的机械性能明显不同，为什么会出现性 能上明显的差别？
这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发 生不同的变化，导致性能上的差别。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图
PS：P开始转变线； Pf：P转变结束线；
K: 是P转变终止线； VK: 上临界冷却速度，它是得到全部M组织的最小冷却速度。VK越
小，钢件在淬火时越易得到M组织，淬硬性越好。 VK′:下临界冷却速度，它是得到全部P组织的最大冷却速度。VK′ 越
小，退火所需的时间就越长。
三、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规 律，主要用于研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多 为连续冷却，所以难以直接应用，CCT图 （连续转变图，Continuous-CoolingTransformation）能比较接近实际热处 理冷却条件，应用更方便有效。
合物。其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃
硬度HRC60～45 B下形成温度T：350～240℃
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变是一个非常重要的过程，它决定了钢的力学性
能和使用寿命。
这个过程可以被分为三个阶段：
第一阶段：初次冷却
在初次冷却阶段，钢的组织会发生初步的变化。
当温度降到钢的临界
温度以下时，钢中的所有组织都会开始转变。
这个过程是不可逆的，
一旦开始就不能停止。
第二阶段：持续冷却
在持续冷却阶段，钢的组织会进一步变化。
随着温度的降低，钢中的
残留奥氏体会逐渐转变为贝氏体。
这个过程会在几个小时内完成，然
后钢的组织就会保持不变，直到它被重新加热。
第三阶段：再次加热
在再次加热阶段，钢的组织会重新发生变化。
当温度达到一定程度时，钢中的组织开始再次转变，从贝氏体转变为奥氏体。
这个过程同样是
不可逆的。
以上就是钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程。
需要注意的是，在这个过程中，钢的组织变化是不可逆的，因此加热和冷却的过程必
须严格控制。
如果温度过高或过低，会导致钢的力学性能和使用寿命
都受到影响。
简述奥氏体连续冷却转变过程
奥氏体连续冷却转变过程1. 引言在材料科学领域，奥氏体连续冷却转变（Continuous Cooling Transformation，CCT）是一种重要的研究对象。
奥氏体连续冷却转变过程描述了材料在连续冷却条件下从高温相转变为奥氏体相的过程。
本文将对奥氏体连续冷却转变过程进行全面、详细、完整且深入地探讨。
2. 奥氏体和连续冷却转变2.1 奥氏体奥氏体是一种晶体结构，具有面心立方结构。
它是钢铁中最常见的组织之一，具有良好的机械性能和韧性。
奥氏体的形成与冷却速率密切相关。
2.2 连续冷却转变连续冷却转变是指材料在不同冷却速率下的相变过程。
当材料从高温相开始冷却时，其组织结构会发生变化，最终形成奥氏体。
3. 奥氏体连续冷却转变曲线奥氏体连续冷却转变曲线描述了材料从高温相到奥氏体相的转变过程。
该曲线通常由实验得到，可以用于预测和控制材料的组织结构。
3.1 实验方法实验方法包括等温转变试验和连续冷却转变试验。
连续冷却转变试验是通过将材料加热到高温相，然后以不同的冷却速率进行冷却，最后对样品进行金相观察和分析。
3.2 曲线特征奥氏体连续冷却转变曲线通常包括起始转变温度、转变时间和转变曲线形状等特征。
曲线形状可以分为S型曲线、C型曲线和T型曲线等。
4. 奥氏体连续冷却转变机理奥氏体连续冷却转变的机理涉及相变动力学和热力学等方面。
主要机理包括核化、生长和共析等过程。
4.1 核化核化是指相变开始的过程，即奥氏体晶核的形成。
核化速率受到冷却速率和过冷度的影响。
4.2 生长生长是指奥氏体晶核在冷却过程中逐渐长大和扩张的过程。
生长速率与温度和晶体结构有关。
4.3 共析共析是指奥氏体晶体与其他相共同存在的过程。
共析现象与合金元素的含量和相互作用有关。
5. 奥氏体连续冷却转变的应用奥氏体连续冷却转变在材料加工和热处理过程中具有重要的应用价值。
5.1 材料设计通过控制奥氏体连续冷却转变过程，可以设计出具有特定组织结构和性能的材料。
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
1、过冷奥氏体连续冷却转变曲线的建立 通常应用膨胀法、金相法和热分析法来测定过冷奥氏体连
续冷却转变曲线。为了提高测量精度，常配合使用金相法和热 分析法。
2、过冷奥氏体连续冷却转变曲线的分析 共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线最简单（见图
KK′线为转变的中止线，当冷却曲 线碰到此线时，过冷奥氏体就中止向 珠光体型组织转变，继续冷却到Ms点 以下，剩余的奥氏体转变为马氏体。 Vk称为CCT曲线的临界冷却速度， 它是获得全部马氏体组织（实际还含 有一小部分残余奥氏体）的最小冷却 速度。
图7.19共析钢
●可以看出：不同的冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体将会转变 为不同的组织。通过连续转变冷却曲线可以了解冷却速度与过冷 奥氏体转变组织的关系。根据连续冷却曲线与CCT曲线交点的位置， 可以判断连续冷却转变的产物。 ●由图中可知，冷却速度大于Vk时，连续冷却转变得到马氏体组 织；当冷却速度小于Vk′时，连续冷却转变得到珠光体组织；而冷 却速度大于Vk′而小于Vk时，连续冷却转变将得到珠光体＋马氏体 组织。
金属学与热处理原理
第七章 钢在加热和冷却时的转变
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
主讲教师 从善海
材料与冶金学院 金属材料工程系
2007年9月
7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
过冷奥氏体—在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥 氏体。 过冷奥氏体将发生分解，向珠光体或其它组织转变。在热处理生产 中，奥氏体的冷却方式可分为两大类： 等温冷却—将奥氏体状态的钢迅速冷至临界点以下某一温度保 一定时间，使奥氏体在该温度下发生组织转变，然后再冷至室温 （课本图7.15中曲线1所示）。 连续冷却——将奥氏体状态的钢以一定速度冷至室温，使奥氏体在 一个温度范围内发生连续转变（课本图7.15中曲线2所示）。
第三章 钢冷却时的转变
奥氏体化是钢的热处理重要的第一步。
在此基础上，在后续的冷却过程中可以通过控制过冷奥氏体分解，从而获得不同的组织。
钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序。
在热处理生产中，钢制奥氏体化后通常有两种冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。
过冷奥氏体——在临界点以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体。
第三章钢在冷却时的转变（过冷奥氏体分解）冷却条件的不同，过冷奥氏体可通过不同机制进行转变而获得完全不同的组织。
三种转变：珠光体、贝氏体、马氏体转变（1）珠光体转变：以缓慢速度冷却时，发生分解的过冷度很小，过冷奥氏体在高温下有足够的时间进行扩散分解，转变为近于平衡的珠光体型的组织。
扩散型相变这种冷却速度相当于炉冷或空冷的冷却方式，热处理生产上成为退火或正火。
（2）贝氏体转变——当冷却速度很快时，可以把奥氏体过冷至较低温度，此时碳原子尚可进行扩散，但铁原子不能进行扩散，奥氏体只能转变为贝氏体。
半扩散型相变（3）马氏体转变——当采用更快的冷却速度时，奥氏体迅速过冷至不能进行扩散分解的低温M S点以下，此时只能得到马氏体。
非扩散型相变。
这种冷却方式相当于水冷方式，生产上叫淬火。
过冷奥氏体分解同样是一个点阵重构和碳的扩散过程，也是一个形核和长大的过程。
§3.1 过冷奥氏体等温转变图§3.2 过冷奥氏体连续冷却转变图及应用§3.1 过冷奥氏体等温转变图一、过冷奥氏体等温转变图的建立将奥氏体迅速冷至临界温度以下的一定温度，并在此温度下进行等温，在等温过程中所发生的相变称为过冷奥氏体等温转变。
测定过冷奥氏体等温转变图的方法有金相法、膨胀法、磁性法、热分析法等。
将若干共析碳钢小试样加热到奥氏体状态，保温一定时间后迅速冷却到A1点以下不同温度，例如700℃、650℃、600℃等，随后在各温度下保温，每经过一定时间取出一个试样立即淬入盐水中，使未转变的奥氏体转变为马氏体。
其中马氏体为白色，分解产物为黑色。
奥氏体在冷却时的转变
第三节奥氏体在冷却时的转变奥氏体在冷却时发生的组织转变，既可在恒温下进行，也可在连续冷却过程中进行，随着冷却条件的不同，奥氏体可在A1以下不同的温度发生转变，获得不同的组织。
所以，冷却是热处理的关键工序，它决定着钢在热处理后的组织和性能。
在临界转变温度A1以上存在的奥氏体是稳定的，不会发生转变。
但一旦冷却到A1以下，则变得不稳定，冷却时要发生组织转变。
这种在临界温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体称为过冷奥氏体。
研究过冷奥氏体的冷却转变行为，通常采用两种方法，一种是利用奥氏体等温转变曲线研究奥氏体在不同过冷度下的等温转变过程，另一种是利用奥氏体连续冷却转变曲线研究奥氏体在不同冷速下的连续冷却中的转变过程。
一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线这里以金相－硬度法为例，来说明共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线的测定过程。
将共析钢制成圆形薄片试样（Φ10×1.5mm）。
试样被加热到临界点Ac1以上某一温度并保温一段时间，得到均匀的奥氏体组织，然后将试样分别迅速投入到不同温度的盐浴炉中，从放入盐浴中开始计时，每隔一段时间从盐浴中取出一块试样迅速放入水中。
对各试样做金相组织观察和硬度测定就可以得出各等温温度下不同等温时间内奥氏体的转变量，就可以得到一系列的奥氏体等温转变开始点和转变终了点。
若以等温转变温度为纵坐标，转变时间（以对数表示）为横坐标，将所有的转变开始点连接成一条曲线（称为等温转变开始线）；同样，将所有的转变终了点也连成一条曲线（称为等温转变终了线），就可以得到如所示的共析钢过图 3-1共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线图冷奥氏体等温转变曲线。
由于该曲线具有英文字母“C”的形状，故称C曲线，也称TTT（Time Temperature Transformation）曲线。
C曲线上部的水平线A1是奥氏体和珠光体的平衡温度。
下部的两条水平线分别表示奥氏体向马氏体转变的开始温度M s和终了温度M f。
过冷奥氏体转变总结
热处理过程：加热、保温、冷却 冷却方式有二种：连续冷却方式
等温冷却方式
dT/dτ→∞时是平衡条件，否则就是非平衡条件。 过冷奥氏体在非平衡条件下冷却，可有三种形式。其中：(a) dT/dτ= 0，为等温冷却；
(b) dT/dτ= C，为连续冷却； (c) dT/dτ= f(τ)，为实际冷却。
过冷奥氏体： 过冷奥氏体转变动力学图：体等温转变和连续转变动力学图： 过冷奥氏体主要转变类型：P型转变、M型转变、B型转变
（1）高温时，过冷度小，驱动力△Gv小，扩散系数D大， 原子扩散能力大，以驱动力△Gv影响为主。
（2）低温时，过冷度大，驱动力△Gv大，扩散系数D小， 原子扩散能力小，以扩散系数D影响为主。
上述两个因素综合作用的结果，在550℃是驱动力和原子 的扩散的作用都充分发挥，使孕育期最短，使TTT图呈“C” 字形。
(b) 表示转变终了线出现的二个鼻子；
(c) 表示转变终了线分开，珠光体转变的鼻尖离 纵轴远；
(d) 表示形成了二组独立的C曲线。
综上所述，C曲图为珠光体等温转变、马氏体 连续转变、贝氏体等温转变的综合。需指出的是 珠光体转变和贝氏体转变可能重叠得到珠光体加 贝氏体混合组织。贝氏体转变与M转变也会叠。
当奥氏体化温度下降，保温时间缩短, 奥氏体成 分不均匀，晶粒减小，晶界面积增加，珠光体形核 位置增加，形核率增加，C曲线左移。
上述二种影响，当珠光体转变是在高温时更为剧 烈。
（2）对马氏体转变
加热温度和保温时间的影响是两方面的。① 提高奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶 粒长大，缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形 成的阻力减小，Ms升高。②提高奥氏体化加热 温度和保温时间，有利于碳和合金元素溶入奥 氏体中。Ms下降。若排除化学成分的影响，提 高奥氏体化加热温度和保温时间，使MS升高。 （3）对贝氏体转变
材料组织结构转变原理第五章过冷奥氏体转变动力学图.
端淬法测定CCT图
端淬法是以往应用比较多的方法之一。端淬试验时，试样各横
3．合金元素的影响
合金元素对TTT图形状的 影响很大。 一般说来，除钴 和铝以外的元素均使C形曲线 右移，即增加过冷奥氏体的 稳定性。其中碳的影响较为 特殊，碳含量在0.8—1.0％， C形曲线处于最右侧，高于或 低于这一含量时，曲线均向 左移动。其中共析碳素钢的 过冷奥氏体相对其它碳素钢 来说是最稳定的。铬含量增 加，珠光体转变移向高温， 而贝氏体转变则向低温移动， 且使贝氏体转变推迟。钨、 钼的作用与此类似。镍和锰 是扩大Fe—c相图中奥氏体区 的元素，使过冷奥氏体的转 变向低温移动。
钢的过冷奥氏体转变动力学图就是研究某一成分的钢的 过冷奥氏体转变产物与温度、时间的关系及其变化规律。 显而易见，在人们的生产实践中更多遇到的是非平衡条件 的相变，因此，掌握过冷奥氏体的非平衡冷却条件下的转 变规律，不仅大大深化了对其本质的认识，而且对热处理 生产的指导意义也更为直接。
本章的主要内容是在加热转变、珠光体转变、贝氏体转 变以及马氏体转变的基础上，对过冷奥氏体的转变动力学 进行综合的讨论。主要介绍过冷奥氏体等温转变动力学图 及连续冷却转变动力学图，并探讨它们在实际应用中的价 值，以及这两种动力学图之间的内在联系.
4、其它影响因素
—般说来，形变会使奥氏体晶粒细化，或者增加亚结构。 因此，形变通常使C形曲线左移。
此外，奥氏体均匀化程度对TTT固的C形曲线位置也有 影响。奥氏体成分越均匀，新相形核及长大过程中，所 需扩散时间就越长,曲线因此会右移。
显而易见，钢材成分不同，钢中所含元素的种类及数 量就不同，TTT图的形状及位置就不向。另外，热处理 工艺条件不同，合金元素的分布状态不同，奥氏体晶粒 尺寸及均匀化程度就不同，TTT图也有差异。在应用 TTT图应注意这个问题。
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强度、硬度
过饱和的碳引起晶格畸变 转变过程中产生大量的晶体缺陷 （位错、孪晶等），引起组织细化 过饱和的碳以弥散、细小碳化 物的形式析出 固溶强化
细晶强化
弥散强化
塑性、韧性
主要取决于碳在M中的过饱和度和M的亚结构形式。
高碳M的硬度高，塑、韧性很差；
板条M强韧性好。
• 高碳片状M的塑、韧性均很差的主要原因：
A1~600
10～20 随片间距 减小，强 度、塑性 韧性升高
650~600
A→S （索氏体）
A→T （屈氏体）
0.25μm 1000×分清
0.1μm 5000× 分清
20～30
30～40
600~550
2、珠光体的转变过程
通过形核 Fe3C 长大来实现 Fe3C P A Fe3C
A
A
全扩散型转变——通过Fe、C原子的扩散和A晶格的 改组来实现。
（一）极其缓慢冷却转变
按Fe－Fe3C平衡相图进行平衡转变。
共析钢平衡组织为： P 亚共析钢平衡组织为： F+P 过共析钢平衡组织为： P+Fe3CⅡ
（二）连续冷却转变 奥氏体在一定冷速下进行的转变。冷速不同，得 到的组织也不同，最终性能也不同。
（三）等温冷却转变
将A迅速过冷到A1以下某一温度，保温一 定时间，使过冷奥氏体在恒温下完成转变，然 后再冷却到室温。
（二） 贝氏体转变——550℃~Ms（230℃） 半扩散型转变——碳原子扩散，铁原子不扩散。 1. 上贝氏体 A→ B上(550℃~350℃ )，光镜下呈羽毛状 。
电镜下可看到 Fe3C以不连续的短 杆状分布于许多平 行而密集的 F 条之 间。 塑变抗力低易 发生脆断 ，故其 强度和韧性较差， 工业上不应用。 HRC=40～45 B上显微组织光镜照片
1）碳在M中过饱和程度大，晶格畸变严重，残余 应力大； 2）片状M内的亚结构主要是孪晶。
• 低碳板条M的塑、韧性相当好的主要原因：
1）碳在M中过饱和程度小，晶格畸变轻微，残余 应力小； 2）板条M内的亚结构主要是位错。
3. M转变的特点 （1）非扩散性转变
仅发生铁的晶格改组而没有成分的变 化。
4.2 奥氏体在冷却时的转变
一、奥氏体在不同冷却方式下的转变 二、过冷奥氏体等温转变曲线图(TTT或C曲线) 三、过冷奥氏体转变产物的组织形态及其性能 四、影响C曲线位置和形状的因素 五、C曲线的意义和应用 六、共析钢连续冷却转变CCT曲线简介
4.2 奥氏体在冷却时的转变
一、奥氏体在不同冷却方式下的转变
α Fe3C
α
Fe3C
α
A晶界
α
B上转变过程示意图
2. 下贝氏体
A→ B下[350℃~Ms（230℃）]，光镜下呈黑色针状 。
F针是过饱和的——固溶强化 。电镜下Fe3C呈细短 条状，沿着与的长轴相夹的方向分列成排，均匀分布在呈 55 ～65°角的F针内——弥散强化。
强韧性好，硬度 为50～60HRC， 是工业生产上追 求的组织。可采 用等温淬火得到。 B下 黑色针状 A´ 白色块状 M 灰色针状
M形态主要取决于高温A中的含碳量。即： WC%↑，淬火后组织中的M片↑，而M板条↓。 当WC>1.0%的钢淬火后组织几乎全是M片，
当 WC< 0.2 % 时几乎全是M板条。
板条M（低碳M 、位错M ）
片状M （高碳M 、孪晶M）
A′
片状M
2. 性能： 主要特点：高硬度
其强度、硬度取决定于M中的含碳量。 Wc％增加，硬度升高。
（一）珠光体转变(A1～550℃)
1、 珠光体的组织形态及性能 P——F与Fe3C片层相间排列的机械混合物，呈“贝壳状” 根据片层厚度不同，可分以下三种：
珠光体（P）
索氏体（S）
屈氏体（T）
珠光体转变的类型、特征及性能
温度/ ℃ A相变 A→P （珠光体） 层片间距 0.6～0.8μm 500×分清 HRC 性能
T t1 t2 tn t
共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线图建立
（二）图形分析
800 700 600 500 400 300
Ms
T/℃
A1
A
始 转变开
过 冷 A
A→P
转变结束
P 5~25HRC S
25~35HRC 35~40HRC 40~50HRC
A→S A→T
T
过 冷 A
A→上 B
A→下B
上B
下B 50~60HRC
度的浴炉中进行等温转变，并开始计时。
4. 记时：每隔一定时间取出一个试样，进行高温 金相 组织观察。记录开始转变时间和转变终了 时间。
将其余各组试 样，用上述方法分别 测出不同等温条件下 A转变开始和终了时 间，最后将所有转变 开始时间点和终了时 间点标在温度—时间 (对数) 坐标上，并分 别连接起来，即得C 曲线。
过冷奥氏体——在A1以下存在的尚未发生转 变的A。
二、过冷奥氏体等温转变曲线图(TTT或C曲线)
（一）C曲线的测定 以共析钢为例，采用金相法测定。 1. 制样：把钢材制成Φ15×1.5mm的圆片试样
（钻小孔，便于提取），分成若干组。
2. 奥氏体化：取一组试样，在盐炉内加热使之 完全A化。 3. 等温：将A化后的试样快速投入 A1 以下某一温
200 100 0 -100 0
Mf
1.线、区说明 （5线、6区） 2.“孕育期” 即转变开始线 与纵坐标轴之 间的距离。 “鼻尖”处最 短， 既过冷A最易 发生转变。 3. 转变产物 P、S、T、B下 60~65HRC
M
1
10
10
2
10
3
10
4
5 10 时间/s
C曲线区域、转变产物及其性能
过冷A转变开始线 过冷A转变终了线 相变线 P S 5 ～25HRC 25 ～35HRC
性能
P 转变
T
3 5 ～40HRC
B 转变 M 转变
M转变开始线 M转变终了线
上B 40 ～50HRC 下B 50 ～60HRC
M+A′60 ～65HRC
硬 度 强 度 增 加
塑 性 韧 性 下 降
三、过冷奥氏体转变产物的组织形态及其性能
B下 显微组织光镜照片
碳化物
碳化物
碳化物
B下转变过程示意图
（三）马氏体转变（Ms点以下）
马氏体：C在-Fe中的过饱和固溶体，用M表示。
无扩散型转变：仅发生Fe的晶格改组（面心立方→体心正方） M的晶体结构：体心正方晶格（a＝b≠c）。
1. M的组织形态：
• 主要有两种类型： 板条M（低碳M、位错M ） 片状M（高碳M、孪晶M ）